혁신 과학기술 센터 및 프로그램
동그라미재단은 전 세계가 당면한 난제 해결 솔루션(혁신과학기술) 연구개발 단체 및 개인을 지원함으로써 우리 삶의 질을 향상시키고자 합니다.
*총 2개 센터 (KAIST, UNIST)
한국과학기술원(KAIST) 신형원자로연구센터
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정용훈 교수 (KAIST 원자력 및 양자공학과)
선정 기관 : KAIST 신형원자로연구센터 (Center for Advanced Reactor Research)
선정 연도 : 2020, 2021, 2022
지원 금액 : 2020년 4억, 2021년 4억, 2022년 4억, 합계 12억
기술 개요
24시간 날씨와 상관없이 탄소배출 없이 전력을 공급할 수 있는 원자력의 역할이 중요해지고 있습니다. 카이스트 신형원자로연구센터에서 개발하는 원자로는 몇 가지 독특한 특성을 가지고 있습니다.
첫째, 사고의 위험이 원천적으로 배제되었습니다. 기존의 원자로 사고는 최악의 경우가 원자로가 녹아 내리고, 외부로 방사성 물질이 누출되는 것입니다. 우리 센터에서 개발하는 원자로는 평소에 액체상태로 있기 때문에 사고가 발생하면 오히려 굳어버리는 성질을 가지고 있습니다.
둘째, 안전을 유지하는데 사람에 의존하지 않고 자연법칙에만 의존합니다. 우라늄과 플루토늄 핵의 고유한 성질을 이용해서 원자로를 정지시키기 때문에 고유의 안전성이 있습니다. 그리고, 밀도차에 의해 무거운 것은 가라 앉고 가벼운 것은 떠오르는 성질만 활용해서 원자로를 냉각합니다. 사람의 개입이 필요치 않은 Walk-away safety를 구현했습니다.
셋째, 초거대용량의 에너지 저장장치를 가지고 있어서 100% 이상의 전기출력도 낼 수 있고, 간헐성이 있는 태양광과 풍력을 보완해줄 수 있습니다. 우리 센터가 개발하는 에너지 저장장치는 공기를 액화하고 기화하면서 에너지를 저장하고, 방출하기 때문에 저장용량을 늘리는데 아주 쉽고(액화 질소와 산소 저장탱크만 늘리면 됨) 사용되는 매체가 친환경입니다(그냥 공기입니다). 부가적으로 미세먼지와 이산화탄소는 제거됩니다. 어떻게 보면 거대한 공기청정기라고도 할 수 있습니다.
마지막으로 우리 원자로는 핵연료를 초기에 넣어주면 30년 정도 연료의 교체 없이 운영을 할 수 있습니다. 기존에는 사용하기 어려운 우라늄 238도 태울 수 있기 때문에 우라늄 활용도도 높고, 발생하는 사용 후 핵연료의 양은 아주 극소화 됩니다.
울산과학기술원(UNIST) 해수자원화기술 연구센터
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김영식 교수 (UNIST 에너지화학공학과)
선정 기관 : 울산과학기술원(UNIST) 해수자원화기술 연구센터 (Seawater Resources Technology Research Center)
선정 연도 : 2020, 2021, 2022
지원 금액 : 2020년 5천만, 2021년 7천만, 2022년 7천만, 합계 1.9억
기술 개요
물은 인류에게 가장 중요한 자원 중 하나입니다. 그러나 환경오염 및 기후변화 등의 이유로 겪고 있는 물부족 문제는 인류가 마주한 가장 큰 난제 중 하나입니다. 이를 해결하기 위한 방법으로 ‘해수담수화’가 있으며, 해수 담수화의 규모는 연 20 % 씩 상승하여 2030년엔 연간 2억톤의 담수가 생산될 예정입니다. 문제는 해수담수화 과정에서 생성되는 담수만큼 같은 양의 ‘농축수’가 발생하며, 이 농축수가 바다로 방류될 경우 각종 미생물 및 어류, 조류의 생존을 위협하며 해양생태계를 파괴한다는 점입니다. 이러한 문제를 예방하기 위해 농축수 배출 관련 규제는 점점 강화되는 추세입니다. 즉, 농축수 문제를 해결하지 못하면 부족한 물 공급에 적신호가 켜지는 셈입니다. 따라서 농축수 문제해결은 인류난제 해결에 반드시 필요합니다.
농축수 방류에 따른 환경 파괴 문제를 예방하기 위해선 농축수를 산업에서 소모할 수 있는 자원의 형태로 환원하는 것입니다. 농축수에 가장 많이 포함되어 있는 NaCl은 클로르 알칼리 산업에서 NaOH 및 Cl2 를 생산하는 원료로 연간 9,000만 톤 이상 소모하는 자원입니다. 그러나, 현재의 기술 수준으로 농축수를 직접 NaOH 및 Cl2 생산의 원료로 활용할 순 없습니다. 농축수에 포함된 NaCl 외 불순물 (Mg2+, Ca2+)가 자원생산에 필요한 셀을 손상시키고 NaOH의 순도를 떨어트릴 수 있기 때문입니다. 따라서, 농촉수를 자원으로 활용하기 위해 농축수에서 직접 NaOH 및 Cl2를 셀 손상 또는 NaOH 순도 저하 없이 자원을 생산할 수 있는 시스템 개발이 필요합니다.
How? 어떤 혁신 과학기술로 해결할 것인가요?
해수전지는 해수에서 구동되는 에너지 저장장치이며, 해수에 포함된 다양한 이온 중 Na+ 만을 투과한다는 특징이 있습니다. Na+ 외 이온이 투과하여 셀 손상 또는 NaOH 순도 저하의 문제가 발생하는 기존 클로르 알칼리 셀과 달리, 해수전지의 경우 이러한 문제가 발생하지 않습니다. 따라서 해수전지를 이용해 자원 생산 시스템을 구축할 경우, 농축수 내 염분을 활용해 자원을 생산할 수 있으며, 결과적으로 물부족 문제를 해결 할 수 있습니다.
